KR20180109262A - Linear compressor and method for controlling linear compressor - Google Patents

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Abstract

According to the present invention, a linear compressor comprises: a piston reciprocating inside a cylinder; a motor providing a driving force for movement of the piston; and a control unit controlling the motor to stop operation of the motor when the piston is at a top dead center.

Description

리니어 압축기 및 리니어 압축기의 제어 방법{LINEAR COMPRESSOR AND METHOD FOR CONTROLLING LINEAR COMPRESSOR}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a linear compressor and a control method for a linear compressor,

본 명세서는 리니어 압축기 및 그의 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 구동 효율이 상승된 리니어 압축기에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a linear compressor and a control method thereof, and more particularly, to a linear compressor having an increased driving efficiency.

일반적으로 압축기는 기계적 에너지를 압축성 유체의 압축에너지로 변환시키는 장치로서 냉동기기, 예를 들어 냉장고나 공기조화기 등의 일부분으로 사용된다.Generally, a compressor is a device for converting mechanical energy into compressive energy of a compressible fluid, and is used as a part of a refrigeration apparatus, for example, a refrigerator or an air conditioner.

압축기는 크게 왕복동식 압축기(Reciprocating Compressor)와, 회전식 압축기(Rotary Compressor)와, 스크롤식 압축기(Scroll Compressor)로 구분된다. 왕복동식 압축기는, 피스톤(Piston)과 실린더(Cylinder) 사이에 작동가스가 흡입 또는 토출되는 압축공간이 형성되도록 하여 피스톤이 실린더 내부에서 직선 왕복 운동하면서 냉매를 압축시킨다. 회전식 압축기는, 편심 회전되는 롤러(Roller)와 실린더 사이에 작동가스가 흡입 또는 토출되는 압축공간이 형성되도록 하여 롤러가 실린더 내벽을 따라 편심 회전되면서 냉매를 압축시킨다. 스크롤식 압축기는, 선회 스크롤(Orbiting Scroll)과 고정 스크롤(Fixed Scroll) 사이에 작동가스가 흡입 또는 토출되는 압축공간이 형성되도록 하여 신회 스크롤이 고정 스크롤을 따라 회전되면서 냉매를 압축시킨다.Compressors are largely divided into Reciprocating Compressors, Rotary Compressors, and Scroll Compressors. In the reciprocating compressor, a compression space in which an operating gas is sucked or discharged is formed between a piston and a cylinder, so that the piston linearly reciprocates within the cylinder and compresses the refrigerant. The rotary compressor compresses the refrigerant while eccentrically rotating the roller along the inner wall of the cylinder so that a compression space in which the working gas is sucked or discharged is formed between the roller and the cylinder. In the scroll type compressor, a compression space is formed between an orbiting scroll and a fixed scroll to suck or discharge an operating gas, thereby compressing the refrigerant while the newbear scroll is rotated along the fixed scroll.

왕복동식 압축기는 내부 피스톤을 실린더의 내부에서 선형으로 왕복 운동시킴으로써 냉매 가스를 흡입, 압축 및 토출한다. 왕복동식 압축기는 피스톤을 구동하는 방식에 따라 크게 레시프로(Recipro) 방식과 리니어(Linear) 방식으로 구분된다.The reciprocating compressor sucks, compresses, and discharges the refrigerant gas by linearly reciprocating the inner piston inside the cylinder. Reciprocating compressors are largely divided into Recipro type and Linear type depending on the method of driving the pistons.

레시프로 방식이라 함은 회전하는 모터(Motor)에 크랭크샤프트(Crankshaft)를 결합하고, 크랭크샤프트에 피스톤을 결합하여 모터의 회전 운동을 직선 왕복운동으로 변환하는 방식이다. 반면, 리니어 방식이라 함은 직선 운동하는 모터의 가동자에 피스톤을 연결하여 모터의 직선 운동으로 피스톤을 왕복운동시키는 방식이다.In the reco-pro system, a crankshaft is coupled to a rotating motor, and a piston is coupled to a crankshaft to convert a rotational motion of the motor into a linear reciprocating motion. On the other hand, the linear system refers to a system in which a piston is connected to a mover of a motor that linearly moves, and the piston reciprocates by rectilinear motion of the motor.

이러한 왕복동식 압축기는 구동력을 발생하는 전동 유닛과, 전동 유닛으로부터 구동력을 전달받아 유체를 압축하는 압축 유닛으로 구성된다. 전동 유닛으로는 일반적으로 모터(motor)를 많이 사용하며, 상기 리니어 방식의 경우에는 리니어 모터(linear motor)를 이용한다.Such a reciprocating compressor includes an electric unit that generates a driving force and a compression unit that receives a driving force from the electric unit and compresses the fluid. Generally, a motor is used as the electric unit, and a linear motor is used in the case of the linear type.

리니어 모터는 모터 자체가 직선형의 구동력을 직접 발생시키므로 기계적인 변환 장치가 필요하지 않고, 구조가 복잡하지 않다. 또한, 리니어 모터는 에너지 변환으로 인한 손실을 줄일 수 있고, 마찰 및 마모가 발생하는 연결 부위가 없어서 소음을 크게 줄일 수 있는 특징을 가지고 있다. 또한, 리니어 방식의 왕복동식 압축기(이하, 리니어 압축기(Linear Compressor)라 함)를 냉장고나 공기조화기에 이용할 경우에는 리니어 압축기에 인가되는 스트로크 전압을 변경하여 줌에 따라 압축 비(Compression Ratio)를 변경할 수 있어 냉력(Freezing Capacity) 가변 제어에도 사용할 수 있는 장점이 있다.In the linear motor, since the motor itself generates a linear driving force, a mechanical conversion device is not necessary, and the structure is not complicated. In addition, the linear motor can reduce losses due to energy conversion, and has no connecting parts where friction and abrasion occur, thus greatly reducing noise. When a reciprocating compressor of a linear type (hereinafter referred to as a linear compressor) is used for a refrigerator or an air conditioner, the compression ratio is changed according to the change of the stroke voltage applied to the linear compressor. And can be used for variable control of freezing capacity.

한편, 리니어 압축기는 피스톤이 실린더 안에서 기구적으로 구속되어 있지 않은 상태에서 왕복 운동을 하게 되기 때문에 갑자기 전압이 과도하게 걸리는 경우에 피스톤이 실린더 벽에 부딪히거나, 부하가 커서 피스톤이 전진하지 못하여 압축이 제대로 이루어지지 않을 수 있다. 따라서, 부하의 변동이나 전압의 변동에 대하여 피스톤의 운동을 제어하기 위한 제어 장치가 필수적이다.On the other hand, since the linear compressor reciprocates in a state in which the piston is not mechanically constrained in the cylinder, when the voltage suddenly becomes excessive, the piston hits against the cylinder wall, or the piston can not advance due to a large load, This can not be done properly. Therefore, a control device for controlling the motion of the piston with respect to the load variation or the voltage variation is essential.

한편, 일반적으로 상술한 왕복동식 압축기가 적용된 냉장고는 24시간 운전하는 가전기기로서, 냉장고의 소비전력은 냉장고 기술 분야에서 가장 중요한 기술 요소일 수 있다. 그 중에서도 압축기의 효율이 미치는 영향은 가장 클 수 있고, 따라서, 냉장고의 소비전력을 줄이기 위해서는 압축기의 효율을 높여야 한다.On the other hand, in general, the refrigerator to which the reciprocating compressor is applied is a household appliance that operates for 24 hours, and the power consumption of the refrigerator may be the most important technical factor in the refrigerator technology field. Among them, the efficiency of the compressor can be greatest, and therefore, the efficiency of the compressor must be increased in order to reduce the power consumption of the refrigerator.

이때, 리니어 압축기(linear compressor)의 효율을 높이기 위한 방법 중 하나는 마찰의 의한 손실을 줄이는 것이다.At this time, one of the methods for increasing the efficiency of the linear compressor is to reduce the loss due to friction.

마찰 손실을 줄이기 위해서는 피스톤의 초기치(또는 조립 또는 정지 상태에서 실린더 상의 피스톤의 위치)를 실린더의 압축 공간쪽(또는 상사점 방향)으로 이동시켜, 스트로크를 줄일 수 있다.In order to reduce the friction loss, the stroke can be reduced by moving the initial value of the piston (or the position of the piston on the cylinder in the assembled or stopped state) toward the compression space of the cylinder (or the top dead center).

하지만, 피스톤의 초기치는 최대 냉각능력을 결정하는 요소로 초기치를 줄이면, 운전 주파수가 동일할 때, 실린더와 피스톤 간의 시간당 마찰 면적이 줄어, 마찰에 의한 손실은 줄어들고, 효율은 상승하는 반면에, 최대 냉각능력은 감소하여 과부하 대응이 어려운 문제점이 있다.However, the initial value of the piston determines the maximum cooling capacity. As the initial value is reduced, the friction area per hour between the cylinder and the piston decreases, the friction loss decreases, and the efficiency increases. There is a problem that the cooling capacity is reduced and it is difficult to cope with the overload.

한편, 피스톤의 초기치를 압축 공간쪽이 아닌 그 반대쪽으로 이동시키면, 압축기의 최대 냉각 능력이 증대되는 효과가 있지만, 피스톤의 이동 거리(상사점 및 하사점 간의 거리)가 증가하여 실린더와 피스톤 간의 마찰에 의한 손실이 증가하고, 효율이 감소하는 문제가 있다On the other hand, if the initial value of the piston is moved not to the compression space but to the opposite side, the maximum cooling capacity of the compressor is increased. However, the movement distance of the piston (distance between top dead center and bottom dead center) There is a problem in that the loss due to the increase in efficiency is reduced

여기서, 상사점(TDC)은 "Top Dead Center"의 약어로서, 물리적으로는 압축행정 완료시 실린더 내 피스톤의 위치를 의미할 수 있다. 본 명세서에서는, TDC가 0인 지점(또는 실린더 끝단(또는 실린더 내 토출밸브)에서 피스톤의 끝단까지의 거리가 0인 지점)을 간략하게 "상사점"이라 칭하기로 한다.Here, the TDC is an abbreviation of " Top Dead Center ", which physically means the position of the piston in the cylinder at the completion of the compression stroke. In this specification, the point at which the TDC is zero (or the point where the distance from the cylinder end (or in-cylinder discharge valve) to the end of the piston is zero) will be briefly referred to as " top dead center point ".

이와 마찬가지로, 하사점(BDC)은 "Bottom Dead Center"의 약어로서, 물리적으로는 피스톤의 흡입행정 완료시의 피스톤의 위치를 의미할 수 있다.Likewise, bottom dead center (BDC) is an abbreviation of "bottom dead center" and may physically refer to the position of the piston at the completion of the suction stroke of the piston.

결론적으로, 상기 피스톤의 초기치에 의한 압축기 효율 및 최대 냉력은 트레이드-오프(trade off)관계에 있을 수 있다.Consequently, the compressor efficiency and the maximum cooling power due to the initial value of the piston may be in a trade off relationship.

따라서, 피스톤의 초기치만을 이용하여 압축기 효율을 조정하는 기술은 한계점이 있으며, 압축기 효율 및 최대 냉력을 함께 확보하기 위한 기술이 필요한 실정이다.Therefore, there is a limit in the technique of adjusting the compressor efficiency using only the initial value of the piston, and a technique for securing the compressor efficiency and the maximum cooling power is needed.

본원발명의 기술적 과제는 위와 같은 종래 리니어 압축기의 문제점을 해결하는 것으로서, 모터의 구동 시점을 제한함으로써, 압축기의 최대 냉력을 확대시키거나, 압축기의 구동 효율을 향상시키기 위한 리니어 압축기 제어 장치 및 제어 방법을 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems and it is an object of the present invention to provide a linear compressor control apparatus and control method for increasing the maximum cooling power of a compressor by limiting a driving time point of a motor, .

상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 본 명세서에 개시된 리니어 압축기는 실린더의 내부에서 왕복 운동하는 피스톤, 상기 피스톤의 운동을 위하여, 구동력을 제공하는 모터 및 상기 피스톤이 상사점일 때 상기 모터의 구동을 정지시키도록 상기 모터를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to solve the above-mentioned problems, the linear compressor disclosed in this specification includes a piston reciprocating inside a cylinder, a motor for providing a driving force for the movement of the piston, and a motor for stopping the driving of the motor when the piston is in top dead center And a control unit for controlling the motor to rotate the motor.

일 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 피스톤이 하사점일 때 상기 모터의 구동이 개시되도록 상기 모터를 제어하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the controller controls the motor to start driving the motor when the piston is a bottom dead center.

일 실시예에 있어서, 상기 모터에 전력을 전달하기 위한 복수의 스위치를 포함하는 인버터부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 피스톤이 상사점일 때 상기 스위치의 동작을 제어하기 위한 PWM(Pulse Width Modulation) 제어신호를 온 시키고,In one embodiment, the apparatus further includes an inverter unit including a plurality of switches for transmitting electric power to the motor, wherein the controller includes a pulse width modulation (PWM) control unit for controlling operation of the switch when the piston is at the top dead center Signal is turned on,

상기 피스톤이 상사점일 때 상기 PWM 제어신호를 오프시키는 것을 특징으로 한다.And turns off the PWM control signal when the piston is at the top dead center.

일 실시예에 있어서, 상기 모터와 관련된 모터전압 및 모터전류를 감지하는 감지부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 모터전압 및 모터전류를 이용하여 상기 피스톤의 스트로크를 추정하고, 상기 추정된 스트로크에 근거하여, 상기 피스톤의 현재위치가 상사점 또는 하사점인지 여부를 검출하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the apparatus further includes a sensing unit sensing a motor voltage and a motor current associated with the motor, the control unit estimating a stroke of the piston using the motor voltage and the motor current, and based on the estimated stroke, And detects whether the current position of the piston is a top dead center or a bottom dead center.

일 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 피스톤이 하사점에서 상사점으로 이동하는 중에 상기 모터에 전력이 공급되도록 상기 인버터부에 상기 PWM 제어신호를 공급하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the control unit supplies the PWM control signal to the inverter unit so that power is supplied to the motor while the piston moves from a bottom dead center to a top dead center.

일 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 피스톤이 하사점에서 상사점으로 이동하는 경우, 상기 PWM 제어신호의 듀티 폭을 점차적으로 감소시키는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the control unit gradually decreases the duty cycle of the PWM control signal when the piston moves from a bottom dead center to a top dead center.

일 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 피스톤이 상사점에 도달하는 때, 상기 PWM 제어신호가 오프되도록 상기 듀티 폭을 감소시키는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the control unit reduces the duty width so that the PWM control signal is turned off when the piston reaches the top dead center.

일 실시예에 있어서, 상기 피스톤이 하사점일 때 초기화되어, 상기 피스톤의 한 주기마다 시간의 경과를 측정하는 타이머를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 타이머가 초기화되는 때, 상기 모터의 구동을 개시하고, 상기 타이머에서 측정된 값이 기 설정된 제1 시간 간격을 초과하면, 상기 모터의 구동을 정지시키는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the apparatus further comprises a timer, which is initialized when the piston is bottom dead center, and measures the elapse of time for each cycle of the piston, wherein the controller starts driving the motor when the timer is initialized And stops driving the motor when the measured value of the timer exceeds a predetermined first time interval.

일 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 피스톤의 주기와 관련된 정보에 근거하여, 상기 기 설정된 제1 시간 간격을 설정하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the controller sets the predetermined first time interval based on information related to the period of the piston.

일 실시예에 있어서, 상기 모터에 전력을 전달하기 위한 2쌍의 스위치를 포함하고, 상기 2쌍의 스위치에 각각 대응되는 제1 상 및 제2 상의 PWM(Pulse Width Modulation) 제어신호를 인가받는 인버터부, 상기 제어부는 상기 피스톤이 상사점에 도달하면, 상기 제2 상의 PWM 제어신호를 오프시키는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the inverter includes two pairs of switches for transmitting electric power to the motor, and receives a PWM (Pulse Width Modulation) control signal of first and second phases respectively corresponding to the two pairs of switches And the control unit turns off the PWM control signal of the second phase when the piston reaches the top dead center.

일 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 인버터부가 제2 상의 PWM 제어신호를 인가받기 시작한 시점으로부터, 기 설정된 제2 시간 간격이 경과하면, 상기 제2 상의 PWM 제어신호를 오프시키는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the control unit turns off the PWM control signal of the second phase when a predetermined second time interval elapses after the inverter unit starts receiving the PWM control signal of the second phase.

일 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 피스톤의 스트로크의 위상과, 상기 제1 상 및 제2 상의 PWM 제어신호가 인가되는 시점을 비교하고, 비교결과에 근거하여, 상기 기 설정된 제2 시간 간격을 설정하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the control unit compares the phase of the stroke of the piston with a time point at which the PWM control signal of the first phase and the second phase is applied, and based on the result of the comparison, .

일 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 인버터부에, 상기 제1 상 및 제2 상의 PWM 제어신호를 교차로 인가하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the control unit applies the PWM control signals of the first phase and the second phase to the inverter unit at an intersection.

본원발명에 따른 리니어 압축기 및 그의 제어방법은, 피스톤의 왕복 운동 과정에서 수행되는 스위칭의 개수를 감소시킴으로써, 압축기의 최대 냉력을 확대시키거나, 압축기의 구동 효율을 향상시킬 수 있다.The linear compressor and the control method thereof according to the present invention can increase the maximum cooling power of the compressor or improve the driving efficiency of the compressor by reducing the number of switching operations performed during the reciprocating motion of the piston.

또한, 본원발명에 따른 리니어 압축기 및 그의 제어 방법은, 저냉력의 대역에서 압축기의 구동 효율을 향상시킬 수 있으며, 이와 같은 압축기를 구비한 전자제품의 소비전력을 감소시킬 수 있다.Further, the linear compressor and the control method thereof according to the present invention can improve the driving efficiency of the compressor in the low-cooling power band, and reduce the power consumption of the electronic product having such a compressor.

또한, 본원발명에 따른 리니어 압축기 및 그의 제어 방법은, 모터를 구동시키는 시점을 한정함으로서, 리니어 압축기의 제어 안정성이 향상되는 효과가 도출된다.Further, the linear compressor according to the present invention and the control method thereof have the effect of improving the control stability of the linear compressor by limiting the time when the motor is driven.

도 1a는 일반적인 레시프로 방식의 왕복동식 압축기의 일 예를 나타내는 개념도.
도 1b는 일반적인 리니어 방식의 앙복동식 압축기의 일 예를 나타내는 개념도.
도 1c는 일반적인 리니어 압축기의 상사점 제어에 이용되는 다양한 파라미터들과 관련된 그래프.
도 2는 리니어 압축기의 구성요소를 나타내는 블록도.
도 3은 본 발명에 따른 리니어 압축기의 일 실시예를 나타내는 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 리니어 압축기의 일 실시예를 나타내는 개념도.
도 5a 내지 도 5c는 리니어 압축기의 운전 방식과 관련된 실시예들을 나타내는 개념도.
도 6a는 본 발명에 따른 리니어 압축기의 제어 방법과 관련된 일 실시예를 나타내는 그래프.
도 6b는 도 6a에 도시된 그래프와 관련된 리니어 압축기의 제어 방법을 나타내는 흐름도.
도 7a는 본 발명에 따른 리니어 압축기의 제어 방법과 관련된 또 다른 실시예를 나타내는 그래프.
도 7b는 도 7a에 도시된 그래프와 관련된 리니어 압축기의 제어 방법을 나타내는 흐름도.
도 8a는 본 발명에 따른 리니어 압축기의 제어 방법과 관련된 또 다른 실시예를 나타내는 그래프.
도 8b는 도 8a에 도시된 그래프와 관련된 리니어 압축기의 제어 방법을 나타내는 흐름도.
도 9a는 본 발명에 따른 리니어 압축기의 제어 방법과 관련된 또 다른 실시예를 나타내는 그래프.
도 9b는 도 9a에 도시된 그래프와 관련된 리니어 압축기의 제어 방법을 나타내는 흐름도.
도 10은 본 발명에 따른 리니어 압축기의 제어 방법을 수행하기 위한 인버터의 회로도.
FIG. 1A is a conceptual diagram showing an example of a reciprocating compressor of a general reciprocating type. FIG.
FIG. 1B is a conceptual view showing an example of a conventional linear-type anvil-type compressor. FIG.
1C is a graph relating to various parameters used for top dead center control of a general linear compressor.
2 is a block diagram showing components of a linear compressor;
3 is a sectional view showing an embodiment of a linear compressor according to the present invention.
4 is a conceptual diagram showing an embodiment of a linear compressor according to the present invention.
5A to 5C are conceptual diagrams showing embodiments related to the operation mode of the linear compressor.
6A is a graph showing an embodiment related to a control method of a linear compressor according to the present invention.
6B is a flow chart showing a control method of a linear compressor in relation to the graph shown in FIG. 6A;
7A is a graph showing another embodiment related to a control method of a linear compressor according to the present invention.
FIG. 7B is a flowchart showing a control method of a linear compressor related to the graph shown in FIG. 7A. FIG.
8A is a graph showing another embodiment related to a control method of a linear compressor according to the present invention.
8B is a flow chart showing a control method of a linear compressor related to the graph shown in Fig.
9A is a graph showing another embodiment related to a control method of a linear compressor according to the present invention.
FIG. 9B is a flowchart showing a control method of a linear compressor related to the graph shown in FIG. 9A. FIG.
10 is a circuit diagram of an inverter for performing a control method of a linear compressor according to the present invention.

본 명세서에 개시된 발명은 리니어 압축기의 제어 장치 및 리니어 압축기의 제어 방법에 적용될 수 있다. 그러나 본 명세서에 개시된 발명은 이에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있는 기존의 모든 압축기의 제어 장치, 압축기의 제어 방법, 모터 제어 장치, 모터 제어 방법, 모터의 소음 테스트 장치 및 모터의 소음 테스트 방법에도 적용될 수 있다.The invention disclosed in this specification can be applied to a control device of a linear compressor and a control method of a linear compressor. However, the invention disclosed in this specification is not limited to the present invention, but may be applied to all existing compressor control devices, compressor control methods, motor control devices, motor control methods, noise testing devices for motors, It can also be applied to noise test methods.

또한, 본 명세서에 개시된 기술을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 기술의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 그 기술의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.Further, in the description of the technology disclosed in this specification, a detailed description of related arts will be omitted if it is determined that the gist of the technology disclosed in this specification may be obscured. It is to be noted that the attached drawings are only for the purpose of easily understanding the concept of the technology disclosed in the present specification, and should not be construed as limiting the spirit of the technology by the attached drawings.

이하의 도 1a에서는 일반적인 레시프로 방식의 왕복동식 압축기의 일 예가 설명된다.In the following FIG. 1A, an example of a reciprocating type compressor of a general reciprocating type will be described.

위에서 설명된 것과 같이, 레시프로 방식의 왕복동식 압축기에 설치된 모터는 크랭크샤프트(1a)와 결합될 수 있으며, 이로써 모터의 회전 운동이 직선 왕복운동을 변환될 수 있다.As described above, the motor provided in the reciprocating compressor can be combined with the crankshaft 1a, whereby the rotational motion of the motor can be converted into a linear reciprocating motion.

도 1a에 도시된 것과 같이, 레시프로 방식의 압축기에 설치된 피스톤은, 크랭크샤프트의 사양 또는 크랭크샤프트와 피스톤을 연결시키는 커넥팅로드의 사양에 의해 기 설정된 위치범위 내에서 직선 왕복운동을 수행할 수 있다.As shown in Fig. 1A, a piston installed in a reciprocating compressor can perform a linear reciprocating motion within a predetermined position range by a specification of a crankshaft or a specification of a connecting rod connecting a crankshaft and a piston .

따라서, 레시프로 방식의 압축기를 설계함에 있어서, 피스톤이 상사점(TDC)단을 초과하지 않도록 크랭크샤프트 및 커넹틱로드의 사양을 결정하면, 별도로 모터 제어 알고리즘을 적용하지 않아도, 피스톤이 실린더의 일단에 배치된 토출부(2a)와 충돌하지 않는다.Therefore, in designing the compressor of the reciprocating type, when the specifications of the crankshaft and the common rod are determined such that the piston does not exceed the TDC stage, the piston does not apply the motor control algorithm separately, And does not collide with the discharge portion 2a disposed in the discharge opening 2a.

이 경우, 레시프로 방식의 압축기에 설치된 토출부(2a)는 실린더에 대해 고정적으로 설치될 수 있다. 일 예로, 토출부(2a)는 밸브 플레이트로 형성될 수 있다.In this case, the discharge portion 2a provided in the compressor of the reciprocating type can be fixedly installed with respect to the cylinder. For example, the discharge portion 2a may be formed of a valve plate.

다만, 이러한 레시프로 방식의 압축기는 추후 설명될 리니어 방식의 압축기와 달리, 크랭크샤프트, 커넥팅로드, 피스톤 상호간에 마찰을 발생시키므로, 마찰을 발생시키는 요소가 리니어 방식의 압축기가 보다 더 많은 문제점이 있다.However, unlike the compressor of the linear type which will be described later, such a compressor of the reciprocating type generates friction between the crankshaft, the connecting rod and the piston, and therefore, there is more problems in the linear type compressor than the element which generates friction .

이하의 도 1b에서는 일반적인 리니어 방식의 왕복동식 압축기의 일 예가 설명된다. 또한, 도 1c에서는 일반적인 리니어 방식의 왕복동식 압축기의 상사점 제어에 이용되는 다양한 파라미터들과 관련된 그래프가 도시된다.In the following Fig. 1B, an example of a general linear type reciprocating compressor will be described. 1C, a graph relating to various parameters used for top dead center control of a general linear type reciprocating compressor is shown.

도 1a 및 도 1b를 비교하면, 크랭크샤프트 및 커넥팅로드가 연결된 모터에 의해 직선 운동을 구현하는 레시프로 방식과 달리, 리니어 방식의 압축기는 직선 운동하는 모터의 가동자에 피스톤을 연결하여 모터의 직선 운동으로 피스톤을 왕복운동시키는 방식이다.Comparing FIGS. 1A and 1B, unlike a reciprocating type in which a crankshaft and a connecting rod are connected by a motor, linear compressors connect a piston to a mover of a linearly moving motor, The piston is reciprocated in motion.

도 1b에 도시된 것과 같이, 리니어 방식의 압축기의 실린더와 피스톤 사이에는 탄성부재(1b)가 연결될 수 있다. 피스톤은 리니어 모터에 의해 직선 왕복운동을 수행할 수 있으며, 리니어 압축기의 제어부는 피스톤의 운동 방향을 전환시키기 위해 리니어 모터를 제어할 수 있다.As shown in Fig. 1B, an elastic member 1b may be connected between the cylinder of the linear type compressor and the piston. The piston can perform a linear reciprocating motion by the linear motor, and the control unit of the linear compressor can control the linear motor to change the direction of motion of the piston.

보다 구체적으로, 도 1b에 도시된 리니어 압축기의 제어부는 피스톤이 토출부(2b)에 충돌하는 시점을, 피스톤이 상사점(TDC)에 도달한 시점을 판단할 수 있고, 이로써, 피스톤의 운동 방향을 전환시키기 위해 리니어 모터를 제어할 수 있다.More specifically, the control unit of the linear compressor shown in Fig. 1B can determine when the piston collides with the discharge portion 2b when the piston reaches the top dead center (TDC), and thereby the movement direction of the piston To control the linear motor.

도 1b와 함께, 도 1c를 참조하면, 일반적인 리니어 압축기와 관련된 그래프가 도시된다. 구체적으로, 도 1c에 도시된 것과 같이, 모터전류(i)와 피스톤의 스트로크(x)의 위상차이(θ)는, 피스톤이 상사점(TDC)에 도달하는 시점에서 변곡점을 형성한다.Referring to FIG. 1C, along with FIG. 1B, there is shown a graph associated with a typical linear compressor. Specifically, as shown in Fig. 1C, the phase difference [theta] between the motor current i and the stroke x of the piston forms an inflection point at the point when the piston reaches the top dead center (TDC).

일반적인 리니어 압축기의 제어부는 전류센서를 이용하여 모터전류(i)을 검출하고, 전압센서를 이용하여 모터전압(미도시)을 검출하며, 모터전류 및 모터전압에 근거하여 스트로크(x)를 추정할 수 있다. 이로서, 제어부는 모터전류(i)와 스트로크(x)의 위상차이(θ)를 산출할 수 있고, 위상차이(θ)가 변곡점을 형성하면, 피스톤이 상사점(TDC)에 도달한 것으로 판단하며, 이때 피스톤의 이동 방향이 전환되도록 리니어 모터를 제어할 수 있다. 이하에서는 리니어 압축기의 제어부가 피스톤과 실린더 일단에 배치된 토출부의 충돌을 방지하기 위해, 피스톤이 상사점을 초과하지 않도록 모터를 제어하는 것을 "종래 상사점 제어"라고 정의한다.A control unit of a general linear compressor detects a motor current (i) using a current sensor, detects a motor voltage (not shown) using a voltage sensor, and estimates a stroke (x) based on a motor current and a motor voltage . Thereby, the control unit can calculate the phase difference [theta] between the motor current (i) and the stroke (x), and when the phase difference [theta] forms the inflection point, it judges that the piston has reached the top dead center (TDC) At this time, the linear motor can be controlled so that the moving direction of the piston is switched. Hereinafter, the control of the motor such that the piston does not exceed the top dead center in order to prevent the control part of the linear compressor from colliding with the discharge part arranged at one end of the cylinder is defined as " conventional top dead center control ".

종래 상사점 제어는 이하와 같다.Conventional top dead center control is as follows.

종래 상사점 제어에 있어서, 리니어 압축기의 제어부는 검출된 모터전류와 추정된 스트로크를 이용하여, 피스톤의 왕복운동과 관련된 가스상수(Kg)를 실시간으로 산출할 수 있다.In the conventional top dead center control, the control unit of the linear compressor can calculate the gas constant (K g ) related to the reciprocating motion of the piston in real time using the detected motor current and the estimated stroke.

구체적으로, 제어부는 이하의 수학식 1을 이용하여, 가스상수(Kg)를 산출할 수 있다.Specifically, the control unit can calculate the gas constant (K g ) using the following equation (1).

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서, I(jw)는 한주기 전류의 피크 값, X(jw)는 한주기 스트로크의 피크 값, α는 모터 상수 또는 역기전력 상수, θi,x는 전류와 스트로크의 위상차, m은 피스톤의 이동 질량, w는 모터의 운전주파수, Km은 기계적 스프링 상수를 의미한다.In this equation, I (jw) is the peak value of one-week current, X (jw) is the peak value of one-week stroke, α is the motor constant or counter electromotive force constant, θ i, x is the phase difference between current and stroke, by weight, w is the operating frequency, K m of the motor refers to the mechanical spring constant.

또한, 위와 같은 식에 의하여, 가스상수(Kg)와 관련된 수학식 2가 도출된다.Further, the equation ( 2 ) related to the gas constant (K g ) is derived by the above equation.

Figure pat00002
Figure pat00002

즉, 상기 산출된 가스상수(Kg)는 모터전류와 스트로크의 위상차이에 비례할 수 있다.That is, the calculated gas constant K g may be proportional to the phase difference between the motor current and the stroke.

따라서, 리니어 압축기의 제어부는 가스상수(Kg)나 위상차이의 변화를 모니터링하면서, 상기 가스상수(Kg)나 위상차이가 변곡점을 형성하면, 피스톤이 상사점에 도달한 것으로 판단할 수 있다.Accordingly, the control of the linear compressor can be determined by the gas constant (K g) and monitor the change in phase difference, and the gas constant (K g) and phase difference by forming the turning point, the piston reaches the top dead center .

또한, 도 1b에 도시된 것과 같이, 위와 같은 종래 상사점 제어를 수행하는 일반적인 리니어 압축기의 경우에는, 탄성부재를 구비하는 토출부(2b)를 구비할 수 있다. 특히, 종래 리니어 압축기에 구비된 토출부(2b)는 상대적으로 탄성력이 약한 탄성부재와 연결된다. 따라서, 토출부(2b)와 피스톤의 반발력도 상대적으로 약하므로, 실린더 내의 압축 상태가 불안정한 문제점이 있다.In addition, as shown in FIG. 1B, in the case of a general linear compressor that performs the conventional top dead center control as described above, the discharge portion 2b having the elastic member may be provided. Particularly, the discharge portion 2b provided in the conventional linear compressor is connected to an elastic member having a relatively weak elastic force. Therefore, the repulsive force of the discharge portion 2b and the piston is also relatively weak, so that the compression state in the cylinder is unstable.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 리니어 압축기는 토출부(2b)에 반발력이 상당히 증가된 탄성부재를 연결시킬 수 있다. 이 경우, 본 발명에 따른 리니어 압축기는, 토출부(2b)가 실린더에 접합되는 힘이 강해지므로, 피스톤과 토출부(2b)가 충돌할 때, 상기 토출부(2b)와 피스톤 사이에서 발생하는 반발력도 종래의 리니어 압축기 보다 강해진다.In order to solve such a problem, the linear compressor according to the present invention can connect an elastic member having a significantly increased repulsive force to the discharge portion 2b. In this case, in the linear compressor according to the present invention, since the force with which the discharge portion 2b is bonded to the cylinder becomes strong, when the piston and the discharge portion 2b collide with each other, The repulsive force is also stronger than that of the conventional linear compressor.

본 발명에 따른 리니어 압축기의 또 다른 실시예에서는 실린더 일단에 밸브플레이트가 구비된 토출부를 포함할 수 있다. 이 경우, 밸브플레이트로 형성된 토출부를 포함하는 리니어 압축기는, 실린더와 밸브플레이트가 고정적으로 결합되어 있기 때문에, 밸브플레이트와 피스톤 사이에서 발생하는 반발력이 종래의 리니어 압축기 보다 강해진다.In another embodiment of the linear compressor according to the present invention, a discharge portion having a valve plate at one end of the cylinder may be included. In this case, since the cylinder and the valve plate are fixedly coupled with each other, the repulsive force generated between the valve plate and the piston is stronger than that of the conventional linear compressor.

이와 같이, 피스톤에 인가되는 반발력이 종래 리니어 압축기보다 증가한 점을 이용하여, 본 발명의 리니어 압축기에서는 별도의 센서를 추가하지 않고 피스톤의 이동을 제어할 수 있다.By using the fact that the repulsive force applied to the piston is increased as compared with the conventional linear compressor, the movement of the piston can be controlled without adding any additional sensor in the linear compressor of the present invention.

본 발명에 따른 상사점 제어를 수행하는 리니어 압축기의 제어부는 감지된 모터전압 및 모터전류를 이용하여, 피스톤의 스트로크를 연산할 수 있다. 아울러, 상기 제어부는 연산된 스트로크의 추이에 근거하여, 상기 피스톤이 상기 밸브플레이트에 충돌하지 않도록 상기 모터를 제어할 수 있다.The controller of the linear compressor performing the top dead center control according to the present invention can calculate the stroke of the piston using the sensed motor voltage and the motor current. Further, the control section may control the motor so that the piston does not collide with the valve plate, based on the calculated stroke change.

구체적으로, 본 발명에 따른 리니어 압축기의 제어부는 피스톤이 실린더 내에서 왕복 운동하는 중에 계속적으로 피스톤의 스트로크를 추정하여, 추정된 스트로크의 추이를 검출할 수 있다.Specifically, the control unit of the linear compressor according to the present invention can continuously estimate the stroke of the piston while the piston reciprocates in the cylinder, and can detect the estimated stroke change.

추정된 스트로크의 그래프와 실제 스트로크의 그래프를 비교하면, 피스톤이 실린더 일단에 설치된 토출부에 충돌하기 전까지, 상기 추정된 스트로크와 실제 스트로크는 비례관계를 형성한다. 그러나, 피스톤이 실린더 일단에 설치된 토출부에 충돌한 후에는, 상기 추정된 스트로크와 실제 스트로크가 반비례관계를 형성한다.When the graph of the estimated stroke is compared with the graph of the actual stroke, the estimated stroke and the actual stroke form a proportional relationship until the piston collides with the discharge portion provided at one end of the cylinder. However, after the piston collides with the discharge portion provided at one end of the cylinder, the estimated stroke and the actual stroke form an inverse relationship with each other.

위에서 설명한 것과 같이 본 발명에 따른 리니어 압축기의 피스톤에, 종래의 리니어 압축기보다 강한 반발력이 제공됨으로써, 추정된 스트로크와 실제 스트로크가 충돌 시점으로부터 반비례관계를 형성할 수 있다.As described above, since the piston of the linear compressor according to the present invention is provided with stronger repulsive force than that of the conventional linear compressor, the estimated stroke and the actual stroke can form an inverse relationship from the point of collision.

이하의 발명의 설명에서는 위와 같은 문제점들을 해결하기 위한 본 발명의 구성 및 그에 따른 효과가 설명된다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the following description of the present invention, the constitution of the present invention and the effects thereof will be described in order to solve the above problems.

이하의 도 2에서는 리니어 압축기의 구성요소와 관련된 일 실시예가 설명된다. In Fig. 2 below, one embodiment related to the components of the linear compressor will be described.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 왕복동식 압축기의 제어 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.2 is a block diagram showing a configuration of a control apparatus for a reciprocating compressor according to an embodiment of the present invention.

도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 왕복동식 압축기의 제어 장치는, 모터와 관련된 모터전압 및 모터전류를 감지하는 감지부를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 2, the controller of the reciprocating compressor according to an embodiment of the present invention may include a sensing unit that senses a motor voltage and a motor current associated with the motor.

구체적으로, 도 2를 참조하면, 상기 감지부는 모터에 인가되는 모터 전압을 검출하는 전압 검출부(21), 상기 모터에 인가되는 모터 전류를 검출하는 전류 검출부(22)를 포함할 수 있다. 전압 검출부(21)와 전류 검출부(22)는 검출된 모터 전압 및 모터 전류와 관련된 정보를 각각 제어부(25) 또는 스트로크 추정부(23)에 전달할 수 있다.2, the sensing unit may include a voltage detecting unit 21 for detecting a motor voltage applied to the motor, and a current detecting unit 22 for detecting a motor current applied to the motor. The voltage detection unit 21 and the current detection unit 22 can transmit information related to the detected motor voltage and the motor current to the control unit 25 or the stroke estimation unit 23, respectively.

아울러, 도 2에 도시된 것과 같이, 본 발명에 따른 압축기 또는 압축기의 제어장치는 상기 검출된 모터 전류와 모터 전압 및 모터 파라미터에 의해, 스트로크를 추정하는 스트로크 추정부(23), 상기 스트로크 추정치와 스트로크 지령치를 비교하고, 비교 결과 그 차이를 출력하는 비교기(24), 및 상기 차이에 따라, 모터에 인가되는 전압을 가변하여 스트로크를 제어하는 제어부(25)를 포함할 수 있다.2, the control device for a compressor or a compressor according to the present invention includes a stroke estimating part 23 for estimating a stroke based on the detected motor current, a motor voltage, and a motor parameter, A comparator 24 for comparing the stroke command value and outputting the difference as a result of the comparison, and a controller 25 for controlling the stroke by varying the voltage applied to the motor in accordance with the difference.

도 2에 도시한 제어 장치의 구성요소들이 필수적인 것은 아니어서, 그보다 많은 구성요소들을 갖거나 그보다 적은 구성요소들을 갖는 압축기 제어 장치가 구현될 수 있음은 물론이다.It is needless to say that the components of the control apparatus shown in Fig. 2 are not essential, and a compressor control apparatus having more or fewer components can be implemented.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기 제어 장치는 왕복동식 압축기에 적용할 수 있으나, 본 명세서에서는 리니어 압축기를 기준으로 설명하기로 한다.Meanwhile, the compressor control apparatus according to an embodiment of the present invention can be applied to a reciprocating compressor, but will be described with reference to a linear compressor in the present specification.

이하, 각 구성요소들에 대해 살펴보기로 한다.Hereinafter, each component will be described.

전압 검출부(21)는 압축기 모터에 인가되는 모터전압을 검출하는 것으로서, 일 실시예에 따라, 전압 검출부(21)는 정류부 및 직류링크부를 포함할 수 있다. 정류부는 소정 크기의 전압을 갖는 교류 전원을 정류하여 직류 전압을 출력할 수 있으며, 직류 링크부(12)는 두개의 커패시터를 포함할 수 있다.The voltage detecting unit 21 detects a motor voltage applied to the compressor motor. According to an embodiment, the voltage detecting unit 21 may include a rectifying unit and a DC link unit. The rectifying unit may rectify an AC power having a predetermined voltage to output a DC voltage, and the DC link unit 12 may include two capacitors.

또한, 전류 검출부(22)는 모터에 인가되는 모터전류를 검출하는 것으로서, 일 실시예에 따라, 압축기 모터의 코일에 흐르는 전류를 감지할 수 있다.The current detector 22 detects the motor current applied to the motor. According to an embodiment, the current detector 22 can sense the current flowing in the coil of the compressor motor.

또한, 스트로크 추정부(23)는, 상기 검출된 모터 전류와 모터 전압 및 모터 파라미터를 이용하여, 스트로크 추정치를 연산할 수 있고, 연산된 스트로크 추정치를 비교기(24)에 인가할 수 있다.The stroke estimation unit 23 can calculate the stroke estimation value and apply the calculated stroke estimation value to the comparator 24 using the detected motor current, the motor voltage, and the motor parameters.

이때, 스트로크 추정부(23)는 하기 수학식 1과 같은 수식을 통해, 스트로크 추정치를 연산할 수 있다.At this time, the stroke estimation unit 23 can calculate the stroke estimation value through the following equation (1).

Figure pat00003
Figure pat00003

여기서, x는 스트로크, α는 모터 상수 또는 역기전력 상수, Vm은 모터 전압, im은 모터 전류, R은 저항, L은 인덕턴스를 의미한다.Here, x denotes a stroke,? Denotes a motor constant or a back electromotive force constant, Vm denotes a motor voltage, im denotes a motor current, R denotes a resistance, and L denotes an inductance.

이에 따라, 상기 비교기(24)는 상기 스토로크 추정치와 상기 스트로크 지령치를 비교하여 그에 따른 차이 신호를 제어부(25)에 인가하고, 이에 의해 상기 제어부(25)는 모터에 인가되는 전압을 가변하여 스트로크를 제어할 수 있다.Accordingly, the comparator 24 compares the stroke estimate value with the stroke instruction value and applies a corresponding difference signal to the control unit 25, whereby the control unit 25 varies the voltage applied to the motor, Can be controlled.

즉, 제어부(25)는, 스트로크 추정치가 스트로크 지령치보다 크면 모터 인가전압을 감소시키고, 스트로크 추정치가 스트로크 지령치보다 작으면 모터 인가전압을 증가시킨다.That is, the control unit 25 decreases the motor application voltage if the stroke estimation value is larger than the stroke instruction value, and increases the motor application voltage when the stroke estimation value is smaller than the stroke instruction value.

도 2에 도시된 것과 같이, 제어부(25)와 스트로크 추정부(23)는 하나의 유닛으로 형성될 수 있다. 즉, 제어부(25)와 스트로크 추정부(23)는 단일 프로세서 또는 컴퓨터에 대응될 수 있다.As shown in FIG. 2, the control unit 25 and the stroke estimation unit 23 may be formed as one unit. That is, the control unit 25 and the stroke estimation unit 23 may correspond to a single processor or a computer.

이하의 도 3에서는 본 발명에 따른 리니어 압축기의 단면도가 도시된다.3 is a sectional view of a linear compressor according to the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 리니어 압축기는, 리니어 압축기 제어 장치가 적용 또는 압축기 제어 장치가 적용 가능한 리니어 압축기이면 족하되, 리니어 압축기의 종류 또는 형태를 불문한다. 도 3에 도시한 본 발명의 일 실시예에 따른 리니어 압축기는 하나의 예시일 뿐이며, 본 발명의 권리 범위를 한정하고자 하는 의도는 아니다.The linear compressor according to an embodiment of the present invention may be a linear compressor applicable to a linear compressor control apparatus or a compressor control apparatus, but may be any type or form of a linear compressor. The linear compressor according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 3 is only one example, and is not intended to limit the scope of the present invention.

일반적으로 압축기에 적용되는 모터는 고정자에 권선코일이, 가동자에 마그네트가 설치되어 권선코일과 마그네트의 상호작용에 의해 가동자가 회전운동 또는 왕복운동을 하게 된다.Generally, in a motor applied to a compressor, a winding coil is provided on a stator, and a magnet is provided on a mover, so that the mover rotates or reciprocates by interaction between the winding coil and the magnet.

권선코일은 모터의 종류에 따라 다양하게 형성될 수 있다. 예를 들어, 회전 모터의 경우에는 고정자의 내주면에 원주방향을 따라 형성되는 다수 개의 슬롯에 집중권 또는 분포권으로 권선되어 있고, 왕복동 모터의 경우에는 코일이 환형으로 감아 권선코일을 형성한 후 그 권선코일의 외주면에 원주방향을 따라 다수 장의 코어 시트(core sheet)를 삽입하여 결합하고 있다.The winding coils may be formed variously according to the type of the motor. For example, in the case of a rotary motor, a plurality of slots formed along the circumferential direction on the inner circumferential surface of the stator are wound concentrically or distributedly. In the case of a reciprocating motor, the coil is wound in an annular shape to form a winding coil, A plurality of core sheets are inserted and coupled along the circumferential direction on the outer circumferential surface of the coil.

특히, 왕복동 모터의 경우에는 코일을 환형으로 감아 권선코일을 형성하기 때문에 통상은 플라스틱 재질로 된 환형 보빈에 코일을 감아 권선코일을 형성하고 있다. Particularly, in the case of a reciprocating motor, a winding coil is formed by winding a coil on an annular bobbin made of a plastic material because the coil is wound in an annular shape to form a winding coil.

도 3에 도시한 바와 같이, 왕복동식 압축기는, 밀폐된 쉘(110)의 내부공간에 프레임(120)이 복수 개의 지지스프링(161)(162)에 의해 탄력 설치되어 있다. 쉘(110)의 내부공간에는 냉동사이클의 증발기(미도시)와 연결되는 흡입관(111)이 연통되도록 설치되고, 흡입관(111)의 일측에는 냉동사이클 장치의 응축기(미도시)와 연결되는 토출관(112)이 연통되도록 설치되어 있다.As shown in FIG. 3, the reciprocating compressor has a structure in which the frame 120 is resiliently mounted by the plurality of support springs 161 and 162 in the inner space of the closed shell 110. A suction pipe 111 connected to an evaporator (not shown) of the refrigeration cycle is connected to the inner space of the shell 110. A suction pipe 111 connected to a condenser (not shown) (112) are communicated with each other.

프레임(120)에는 전동부(M)를 이루는 왕복동 모터(130)의 외측고정자(131)와 내측고정자(132)가 고정 설치되고, 외측고정자(131)와 내측고정자(132) 사이에는 왕복운동을 하는 가동자(mover)(133)가 설치되어 있다. 왕복동 모터(130)의 가동자(mover)(133)에는 후술할 실린더(141)와 함께 압축부(Cp)를 이루는 피스톤(142)이 왕복운동을 하도록 결합되어 있다.The outer stator 131 and the inner stator 132 of the reciprocating motor 130 constituting the driving section M are fixed to the frame 120 and the reciprocating motion is provided between the outer stator 131 and the inner stator 132 A mover 133 is provided. A piston 142 constituting a compression unit Cp is coupled to a mover 133 of the reciprocating motor 130 so as to reciprocate with a cylinder 141 to be described later.

실린더(141)는 왕복동 모터(130)의 고정자(131)(132)와 축방향으로 중첩되는 범위에 설치되어 있다. 그리고 실린더(141)에는 압축공간(CS1)이 형성되고, 피스톤(142)에는 냉매를 압축공간(CS1)으로 안내하는 흡입유로(F)가 형성되며, 흡입유로(F)의 끝단에는 그 흡입유로(F)를 개폐하는 흡입밸브(143)가 설치되고, 실린더(141)의 선단면에는 그 실린더(141)의 압축공간(CS1)을 개폐하는 토출밸브(145)가 설치되어 있다.The cylinder 141 is provided in a range overlapping with the stator 131 (132) of the reciprocating motor 130 in the axial direction. A compression space CS1 is formed in the cylinder 141. A suction channel F for guiding the refrigerant to the compression space CS1 is formed in the piston 142. The suction channel F is formed at the end of the suction channel F, And a discharge valve 145 for opening and closing the compression space CS1 of the cylinder 141 is provided on the end surface of the cylinder 141. The suction valve 143 is provided to open /

참고로, 본 발명에 따른 리니어 압축기의 토출부는 다양한 형태로 형성될 수 있다.For reference, the discharge portion of the linear compressor according to the present invention may be formed in various forms.

예를 들어, 본 발명에 따른 리니어 압축기는 도 3에 도시된 것과 같이, 밸브플레이트로 형성되는 토출부를 포함할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 리니어 압축기에는 기존의 레시프로 압축기에서 사용하던 토출부가 적용될 수 있다.For example, the linear compressor according to the present invention may include a discharge portion formed by a valve plate, as shown in FIG. That is, the discharge unit used in the conventional reciprocating compressor can be applied to the linear compressor according to the present invention.

또 다른 예에서, 본 발명에 따른 리니어 압축기는 도 1b에 도시된 것과 같이, 탄성부재를 구비하는 토출부를 포함할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 리니어 압축기는 기존의 리니어 압축기에서 사용하던 토출부도 적용될 수 있다.In another example, the linear compressor according to the present invention may include a discharge portion having an elastic member, as shown in Fig. 1B. That is, the linear compressor according to the present invention can be applied to a discharge unit used in a conventional linear compressor.

다만, 본 발명에 따른 리니어 압축기의 토출부에 구비된 탄성부재의 탄성력은, 일반적인 리니어 압축기에 구비된 탄성부재의 탄성력 보다 크게 형성될 수 있다.However, the elastic force of the elastic member provided in the discharge portion of the linear compressor according to the present invention may be greater than the elastic force of the elastic member provided in a general linear compressor.

이하의 도 4에서는 본 발명에 따른 리니어 압축기의 제어 방법을 나타내는 일 실시예가 설명된다.In the following FIG. 4, an embodiment showing a control method of a linear compressor according to the present invention will be described.

도 4를 참조하면, 실린더와 피스톤 및 토출부에 의해 정의되는 거리 변수들이 설명된다.Referring to Fig. 4, the distance variables defined by the cylinder, the piston and the discharge portion are described.

먼저, 리니어 압축기가 구동되기 전에 실린더 내에서 피스톤의 중심 위치와 토출부 사이의 거리는 X0으로 정의된다.First, the distance between the linear compressor unit is the center position of the piston and the discharge in the cylinder before the drive is defined as X 0.

리니어 압축기가 구동 중인 경우, 피스톤의 상사점과 토출부 사이의 거리는 XTDC로 정의된다.When the linear compressor is in operation, the distance between the top dead center and the discharge side of the piston is defined as X TDC .

피스톤의 상사점과 하사점 사이의 거리는 Stk로 정의된다.The distance between the top dead center and the bottom dead center of the piston is defined as Stk.

리니어 압축기가 구동 후에 실린더 내에서 피스톤의 중심 위치가 밀린 거리는 Xdc로 정의된다.The distance that the center of the piston is pushed in the cylinder after the linear compressor is driven is defined as X dc .

구체적으로 리니어 압축기의 구동이 개시되면, 피스톤이 하사점을 향해서 이동할 때 보다, 상사점을 향해서 이동할 때, 더 강한 부하를 인가받으므로, 제어부가 동일한 스트로크 지령 또는 전압 지령을 출력하는 경우에도 피스톤의 위치가 점점 토출부로부터 멀리 밀릴 수 있다. 도 4에서는 이와 같이 피스톤이 초기 위치로부터 밀린 거리를 Xdc로 정의한다.Specifically, when the linear compressor starts to be driven, a stronger load is applied when the piston moves toward the top dead center than when the piston moves toward the bottom dead center. Therefore, even when the control unit outputs the same stroke command or voltage command, The position can be gradually pushed away from the discharge portion. In FIG. 4, the distance that the piston is pushed from the initial position is defined as X dc .

아울러, 리니어 압축기의 피스톤과 관련된 제어 파라미터가 변곡점을 형성하는 시점에서, 피스톤의 상사점과 토출부 사이의 거리는 Xv로 정의된다. Xv는 압축기의 설계에 따라 설정되는 상수일 수 있다.In addition, at the time when the control parameter related to the piston of the linear compressor to form a turning point, the distance between the piston top dead center and the discharge portion is defined as X v. X v may be a constant set according to the design of the compressor.

예를 들어, 상기 제어 파라미터가 가스상수(Kg)에 대응되는 경우, 가스상수(Kg)의 변곡점은 이론적으로 피스톤이 토출부에 접촉했을 때 발생하므로, 상기 Xv는 0으로 설정될 수 있다. 다만, Xv는 이와 같은 값에 한정되지 않으며, 압축기의 설계나 제어 파라미터의 변경에 따라 다르게 설정될 수 있다.For example, if the control parameters corresponding to a gas constant (K g), because the inflection point of the gas constant (K g) is generated when the theoretical piston is in contact with the discharge portion, the X v may be set to zero, have. However, X v is not limited to this value and can be set differently depending on the design of the compressor or the change of the control parameter.

피스톤의 상사점과 토출부 사이의 거리(XTDC)는 이하의 수학식 4에 의해 연산될 수 있다.The distance (X TDC ) between the top dead center and the discharge portion of the piston can be calculated by the following equation (4).

Figure pat00004
Figure pat00004

아울러, 피스톤의 상사점과 토출부 사이의 거리(XTDC)는 이하의 수학식 5에 의해 보정될 수 있다.In addition, the distance (X TDC ) between the top dead center and the discharging portion of the piston can be corrected by the following equation (5).

Figure pat00005
Figure pat00005

상기 수학식 5에서 XTDC _C는 XTDC의 업데이트 후 값을 의미한다.In Equation (5), X TDC - C denotes a post-update value of the X TDC .

또한, 상기 수학식 5에서 Xv _ obj는 상기 제어 파라미터가 변곡점을 형성하는 시점에서 연산되는 XTDC를 의미한다.Also, the Equation 5 X v _ obj refers to X TDC is calculated at the time when the control parameter is formed an inflection point.

일 실시예에서, 본 발명에 다른 리니어 압축기의 제어부(25)는 모터전압 및 모터전류 중 적어도 하나를 이용하여, 상기 모터의 부하 변동을 검출할 수 있다.In one embodiment, the control unit 25 of the linear compressor according to the present invention can detect the load variation of the motor using at least one of the motor voltage and the motor current.

제어부(25)는 상기 모터의 부하 변동이 검출될 때마다, 상기 피스톤의 위치와 관련된 보상 값을 연산할 수 있으며, 연산된 보상 값을 이용하여 상기 피스톤의 절대 위치를 제어 할 수 있다.The control unit 25 can calculate a compensation value related to the position of the piston whenever a load variation of the motor is detected, and can control the absolute position of the piston using the calculated compensation value.

구체적으로, 제어부(25)는 모터전압 및 모터전류를 이용하여 상기 피스톤의 스트로크를 추정할 수 있고, 추정된 스트로크에 근거하여, 상기 리니어 압축기의 구동이 개시되기 전 상기 피스톤의 초기 위치로부터 상기 피스톤이 밀린 거리(Xdc)를 연산할 수 있다.Specifically, the control unit 25 can estimate the stroke of the piston using the motor voltage and the motor current, and based on the estimated stroke, the control unit 25 determines, from the initial position of the piston, It is possible to calculate the pushing distance X dc .

아울러, 제어부(25)는 추정된 스트로크 및 연산된 밀린 거리(Xdc)를 이용하여, 상기 피스톤의 상사점과 토출부 사이의 거리(XTDC)를 연산할 수 있다.Further, the control unit 25 can calculate the distance (X TDC ) between the top dead center and the discharging unit of the piston using the estimated stroke and the calculated pushing distance X dc .

또한, 제어부(25)는 추정된 스트로크와 감지된 모터전류를 이용하여, 상기 피스톤의 이동과 관련된 파라미터를 실시간으로 산출할 수 있다. 제어부(25)는 산출된 파라미터가 변곡점을 형성하는 시점에, 상기 피스톤의 상사점과 토출부 사이의 거리(XTDC)를 연산할 수 있다. 제어부(25)는 파라미터가 변곡점을 형성하는 시점의 XTDC를 기 설정된 기준 거리를 비교하고, 비교결과에 근거하여 상기 보상 값을 연산할 수 있다.In addition, the control unit 25 can calculate the parameters related to the movement of the piston in real time using the estimated stroke and the detected motor current. The control unit 25 can calculate the distance (X TDC ) between the top dead center of the piston and the discharging unit at the time when the calculated parameter forms the inflection point. The control unit 25 compares the preset reference distance with the X TDC at the time when the parameter forms the inflection point, and calculates the compensation value based on the comparison result.

제어부(25)는 상기 피스톤의 상사점과 토출부 사이의 거리(XTDC)를 기 설정된 한계 거리 이하로 유지하도록 모터를 제어할 수 있다.The control unit 25 can control the motor to keep the distance (X TDC ) between the top dead center and the discharging unit of the piston below a predetermined limit distance.

예를 들어, 제어부(25)는 계산된 XTDC가 기 설정된 한계 거리 보다 큰 경우, 스트로크 지령치를 증가시키거나, 모터전압 또는 모터전류를 증가시킬 수 있다.For example, the control unit 25 may increase the stroke command value or increase the motor voltage or the motor current when the calculated X TDC is larger than the predetermined limit distance.

제어부(25)는 모터의 운전율을 검출하고, 검출된 운전율에 근거하여 상기 모터의 부하 변동의 발생 여부를 판단할 수 있다.The control unit 25 can detect the operation rate of the motor and determine whether the load fluctuation of the motor has occurred or not based on the detected operation rate.

다만, 제어부(25)는 운전율 외에도 다양한 방법으로 모터의 부하 변동을 판단할 수 있다. 즉, 제어부(25)는 리니어 압축기의 출력을 변경시키기 위한 사용자 입력이 인가되면 모터의 부하 변동이 발생한 것으로 판단할 수 있다.However, the control unit 25 can judge the load variation of the motor by various methods in addition to the operation rate. That is, when the user input for changing the output of the linear compressor is applied, the control unit 25 can determine that the load variation of the motor has occurred.

제어부(25)는 모터의 초기 구동 시, 피스톤의 위치와 관련된 보상 값을 연산할 수 있다.The control unit 25 can calculate the compensation value related to the position of the piston at the time of initial drive of the motor.

구체적으로 피스톤의 위치와 관련된 보상 값은, 스트로크(Stk) 추정 값의 오차와 피스톤이 초기 위치로부터 밀린 거리(Xdc)의 연산 결과의 오차를 포함할 수 있다.Specifically, the compensation value associated with the position of the piston may include an error of the calculation result of the stroke (Stk) estimated value and the distance (X dc ) that the piston is pushed from the initial position.

즉, 제어부(25)가 피스톤의 상사점과 토출부 사이의 거리(XTDC)를 연산함에 있어서, 발생 가능한 오차를 줄이기 위해, 제어부(25)는 모터의 초기 기동 시 또는 모터의 부하 변동이 발생할 때마다 피스톤의 위치와 관련된 보상 값을 연산할 수 있다.That is, when the control unit 25 calculates the distance (X TDC ) between the top dead center and the discharging unit of the piston, the control unit 25 controls the motor The compensation value associated with the position of the piston can be calculated every time.

제어부(25)가 보상 값을 연산하는 구체적인 방법은 이하와 같다.A concrete method for the control unit 25 to calculate the compensation value is as follows.

먼저, 제어부(25)는 압축기의 구동이 개시되면, 피스톤의 상사점과 토출부 사이의 거리(XTDC)를 연산할 수 있다. 즉, 제어부(25)는 제1 시점에서의 XTDC를 연산할 수 있다.First, when the driving of the compressor is started, the control unit 25 can calculate the distance (X TDC ) between the top dead center of the piston and the discharging unit. That is, the control unit 25 can calculate the X TDC at the first time point.

이후, 제어부(25)는 기존의 상사점 제어에서 이용하던, 피스톤의 이동과 관련된 제어 파라미터(예를 들어, 가스상수(Kg))의 변화를 모니터링할 수 있다. Thereafter, the control unit 25 can monitor the change in the control parameter (for example, the gas constant (K g )) related to the movement of the piston used in the conventional top dead center control.

제어부(25)는 모니터링 중에, 상기 제어 파라미터가 변곡점을 형성하는 제2 시점에서, 피스톤의 상사점과 토출부 사이의 거리(XTDC)를 연산할 수 있다. 이때, 제어 파라미터가 변곡점을 형성하는 시점에서 피스톤의 이론적인 위치를 Xv로 정의하고, 제2 시점에서 연산되는 XTDC를 Xv_obj로 정의한다.During monitoring, the control unit 25 can calculate the distance (X TDC ) between the top dead center and the discharge unit of the piston at the second time point at which the control parameter forms the inflection point. At this time, the control parameter is defined at the time of forming the inflection point to the theoretical position of the piston in X v, and X defines the TDC is calculated at a second time to the X v_obj.

제어부(25)는 Xv에서 Xv _ obj를 감산한 결과 값을 제1 시점에서의 XTDC에 합산함으로써, 최종적인 XTDC를 연산할 수 있다. 즉, 제어부(25)는 Xv에서 Xv _ obj를 감산함으로써, 피스톤의 위치와 관련된 보상 값을 연산할 수 있다.Controller 25 by the sum of the result obtained by subtracting the X v X v _ obj in the X TDC at a first point in time, it is possible to calculate the final X TDC. That is, the controller 25 by subtracting X v v _ obj in X, it is possible to calculate a compensation value related to the position of the piston.

한편, 제어부(25)는 기 설정된 시간 간격 동안 모터의 부하 변동량이 소정의 값 이하인 경우에도, 상기 피스톤의 위치와 관련된 보상 값을 연산할 수 있다. 즉, 제어부(25)는 모터의 부하량이 상당 시간 동안 유지되는 경우에도, 상기 피스톤의 위치와 관련된 보상 값을 연산함으로써, XTDC를 업데이트할 수 있다.On the other hand, the control unit 25 can calculate the compensation value related to the position of the piston even when the load fluctuation amount of the motor is equal to or less than a predetermined value for a predetermined time interval. That is, the control unit 25 can update the X TDC by calculating the compensation value related to the position of the piston even when the load of the motor is maintained for a considerable period of time.

일 실시예에서, 제어부(25)는 추정된 스트로크와 모터 전류의 위상차를 검출하고, 검출된 위상차를 이용하여 상기 피스톤의 밀린 거리(Xdc)를 연산할 수 있다. 구체적으로, 제어부(25)는 추정된 스트로크와 모터 전류의 위상차를 변수로 포함하는 소정의 식을 이용하여, 피스톤의 밀린 거리(Xdc)를 연산할 수 있다.In one embodiment, the control unit 25 can detect the phase difference between the estimated stroke and the motor current, and calculate the pushing distance (X dc ) of the piston using the detected phase difference. Specifically, the control unit 25 can calculate the pushing distance (X dc ) of the piston using a predetermined equation including the phase difference between the estimated stroke and the motor current as a variable.

일 예로, 제어부(25)는 위상차를 이용하여 가스상수(Kg)와 댐핑상수(Cg)를 연산하고, 상기 가스상수, 댐핑상수 및 상기 스트로크를 이용하여 피스톤의 밀린 거리(Xdc)를 연산할 수 있다. 즉, 제어부(25)는 가스상수(Kg)와 댐핑상수(Cg) 및 상기 스트로크(Stk)를 변수로 포함하는 소정의 식을 이용하여 피스톤의 밀린 거리(Xdc)를 연산할 수 있다.For example, the control unit 25 calculates the gas constant K g and the damping constant C g using the phase difference, and calculates the push distance (X dc ) of the piston using the gas constant, the damping constant, and the stroke . That is, the control unit 25 can calculate the pushing distance X dc of the piston by using a predetermined equation including the gas constant K g , the damping constant C g , and the stroke Stk as variables .

또 다른 실시예에 있어서, 본 발명에 다른 리니어 압축기의 제어부(25)는 검출된 부하 변동의 양이 소정의 범위에 포함되면, 상기 피스톤의 상사점의 절대 위치를 검출할 수 있다. 제어부(25)는 검출된 상사점의 절대 위치에 근거하여 모터를 제어할 수 있다.In another embodiment, the control unit 25 of the linear compressor according to the present invention can detect the absolute position of the top dead center of the piston when the detected amount of load variation is within a predetermined range. The control unit 25 can control the motor based on the absolute position of the detected top dead center.

즉, 제어부(25)는 검출된 상사점의 절대 위치와 스트로크 지령치를 비교할 수 있으며, 비교결과에 근거하여 모터 전압을 조정할 수 있다.That is, the control unit 25 can compare the absolute position of the detected top dead center and the stroke command value, and adjust the motor voltage based on the comparison result.

제어부(25)는 검출된 상사점의 절대 위치가 토출부로부터 소정의 거리 간격 내에 진입하도록 모터를 제어할 수 있다.The control unit 25 can control the motor such that the absolute position of the detected top dead center falls within a predetermined distance from the discharge unit.

제어부(25)는 리니어 압축기의 기계적 특성과 관련된 정보를 저장하는 메모리(미도시)를 더 포함할 수 있다.The control unit 25 may further include a memory (not shown) for storing information related to the mechanical characteristics of the linear compressor.

제어부(25)는 리니어 압축기의 기계적 특성과 관련된 정보에 근거하여, 상기 피스톤의 초기 위치를 검출하며, 피스톤의 초기 위치에 근거하여, 피스톤의 상사점의 절대 위치를 검출할 수 있다.The control unit 25 detects the initial position of the piston based on information related to the mechanical characteristics of the linear compressor and can detect the absolute position of the top dead center of the piston based on the initial position of the piston.

예를 들어, 리니어 압축기의 기계적 특성과 관련된 정보는 리니어 압축기의 실린더, 피스톤, 피스톤에 구비된 스프링의 규격과 관련된 정보나, 실린더 내에서 피스톤의 초기 설치 위치와 관련된 정보를 포함할 수 있다. For example, the information related to the mechanical characteristics of the linear compressor may include information related to the specifications of the cylinders of the linear compressor, the pistons, the spring provided in the pistons, and information related to the initial mounting position of the pistons in the cylinders.

제어부(25)는 리니어 압축기의 구동 중에, 감지된 모터전압 및 모터전류를 이용하여 상기 피스톤의 스트로크(Stk)를 추정하고, 추정된 스트로크에 근거하여, 피스톤의 초기 위치로부터, 상기 피스톤이 실린더 내에서 토출부가 설치된 일 측과 반대 반향으로 밀린 거리(Xdc)를 검출할 수 있다.The control unit 25 estimates the stroke Stk of the piston by using the sensed motor voltage and the motor current during driving of the linear compressor and calculates the stroke of the piston from the initial position of the piston based on the estimated stroke, It is possible to detect the distance (X dc ) pushed in the opposite echo from the side on which the discharge portion is provided.

제어부(25)는 검출된 밀린 거리(Xdc)와 피스톤의 초기 위치에 근거하여, 피스톤의 상사점의 절대 위치를 검출할 수 있다.The control unit 25 can detect the absolute position of the top dead center of the piston based on the detected pushing distance X dc and the initial position of the piston.

제어부(25)는 추정된 스트로크 값의 오차 및 검출된 밀린 거리(Xdc)의 오차 중 적어도 하나를 연산하고, 연산된 오차를 반영하여, 상기 피스톤의 상사점의 절대 위치를 업데이트할 수 있다.The control unit 25 may calculate at least one of the error of the estimated stroke value and the error of the detected pushing distance X dc and may update the absolute position of the top dead center of the piston by reflecting the calculated error.

이하 도 5a 내지 도 5c에서는 리니어 압축기의 다양한 운전 방식이 설명된다.5A to 5C, various operation modes of the linear compressor will be described.

도 5a를 참조하면, 리니어 압축기의 운전 방식 중 비대칭 제어 운전과 관련된 그래프가 도시된다.Referring to FIG. 5A, a graph relating to an asymmetric control operation among operation modes of a linear compressor is shown.

도 5a에 도시된 것과 같이, 비대칭 제어 운전을 수행하는 리니어 압축기의 제어부는 피스톤을 상기 피스톤의 중심 위치로부터 제1 방향으로 제1 행정거리만큼 이동시키고, 상기 제1 방향의 반대인 제2 방향으로 제2 행정거리만큼 이동시킬 수 있다. 이때, 상기 제1 행정거리는 상기 제2 행정거리와 상이하게 설정될 수 있다.5A, the control unit of the linear compressor performing the asymmetric control operation moves the piston by a first stroke distance from the center position of the piston in the first direction, and moves the piston in the second direction opposite to the first direction And can be moved by the second stroke distance. At this time, the first stroke distance may be set different from the second stroke distance.

도 5b를 참조하면, 리니어 압축기의 운전 방식 중 일반 제어 운전과 관련된 그래프가 도시된다.Referring to FIG. 5B, a graph relating to a general control operation among operation modes of the linear compressor is shown.

도 5b에 도시된 것과 같이, 일반 제어 운전을 수행하는 리니어 압축기의 제어부는 피스톤을 상기 피스톤의 중심 위치를 기준으로 왕복 운동시킬 수 있다. 즉, 이때의 제1 행정거리와 제2 행정거리는 동일하게 설정될 수 있다.As shown in FIG. 5B, the control unit of the linear compressor performing the general control operation can reciprocate the piston based on the center position of the piston. That is, the first stroke distance and the second stroke distance at this time can be set to be the same.

도 5c에서는 리니어 압축기의 운전 방식 중 저부하 제어 운전과 관련된 그래프가 도시된다. 저부하 제어 운전은 본 발명에서 제안하는 리니어 압축기의 운전 방식이며, 이하에서는 저부하 제어 운전과 관련된 다양한 실시예가 설명된다.FIG. 5C shows a graph related to the low load control operation among the operation modes of the linear compressor. The low load control operation is the operation mode of the linear compressor proposed in the present invention, and various embodiments related to the low load control operation will be described below.

도 5c에 도시된 것과 같이, 저부하 제어 운전을 수행하는 리니어 압축기의 제어부(25)는 피스톤이 왕복 운동을 수행하는 중에, 일부 구간에서만 모터에 전력을 공급시킬 수 있다.As shown in FIG. 5C, the control unit 25 of the linear compressor performing the low load control operation can supply electric power to the motor only in a certain section during the reciprocating motion of the piston.

즉, 도 5c에서 모터 전류의 그래프를 참조하면, 제어부(25)는 모터 전류가 어느 한 방향으로만 흐르도록 리니어 압축기의 인버터(미도시)를 제어할 수 있다.That is, referring to the graph of the motor current in FIG. 5C, the controller 25 can control the inverter (not shown) of the linear compressor so that the motor current flows in only one direction.

특히, 제어부(25)는 사용자에 의해 설정된 압축기의 출력이 소정의 출력 값 이하인 경우, 저부하 제어 운전을 수행할 수 있다.In particular, when the output of the compressor set by the user is equal to or lower than a predetermined output value, the control unit 25 can perform the low load control operation.

이와 같이 저부하 제어 운전을 수행하기 위해, 본 발명에 따른 리니어 압축기의 제어부(25)는 실린더의 내부에서 왕복 운동하는 피스톤이 상사점일 때 모터의 구동을 정지시키도록 상기 모터를 제어할 수 있다.In order to perform the low load control operation as described above, the control unit 25 of the linear compressor according to the present invention can control the motor to stop driving the motor when the reciprocating piston in the cylinder is the top dead center.

이하의 도 6a 및 도 6b에서는 본 발명에 따른 리니어 압축기의 제어 방법과 관련된 일 실시예가 설명된다.6A and 6B, an embodiment relating to a control method of a linear compressor according to the present invention will be described.

도 6a에 도시된 것과 같이, 제어부(25)는, 피스톤이 하사점일 때 상기 모터의 구동이 개시되도록 상기 모터를 제어할 수 있다.As shown in Fig. 6A, the control unit 25 can control the motor to start driving the motor when the piston is at the bottom dead center.

구체적으로, 리니어 압축기는 모터에 전력을 전달하기 위한 복수의 스위치를 포함하는 인버터부(미도시)를 포함하며, 제어부(25)는 피스톤이 하사점일 때 상기 스위치의 동작을 제어하기 위한 PWM(Pulse Width Modulation) 제어신호를 온 시키고, 상기 피스톤이 상사점일 때 상기 PWM 제어신호를 오프시킬 수 있다.More specifically, the linear compressor includes an inverter unit (not shown) including a plurality of switches for transmitting electric power to the motor, and the control unit 25 controls the operation of the PWM Width Modulation) control signal to turn on the PWM control signal when the piston is at the top dead center.

제어부(25)는, 전압검출부(21)와 전류검출부(22)에서 각각 감지된 상기 모터전압 및 모터전류에 근거하여, 상기 피스톤의 스트로크를 추정할 수 있다. 아울러, 제어부(25)는 상기 추정된 스트로크에 근거하여, 상기 피스톤의 현재위치가 상사점 또는 하사점인지 여부를 검출할 수 있다.The control unit 25 can estimate the stroke of the piston based on the motor voltage and the motor current sensed by the voltage detection unit 21 and the current detection unit 22, respectively. In addition, the control unit 25 can detect whether the current position of the piston is the top dead center or the bottom dead center based on the estimated stroke.

도 6b에서는 이와 같은 실시예의 프로세스가 도시된다.6B, the process of this embodiment is shown.

제어부(25)는 피스톤이 운동 중일 때, 피스톤의 위치를 모니터링할 수 있다(S601).The control unit 25 can monitor the position of the piston when the piston is in motion (S601).

제어부(25)는 피스톤의 위치가 하사점에 도달했는지 여부를 판단할 수 있다(S602). 제어부(25)는 피스톤의 위치가 하사점에 도달한 것으로 판단되면, PWM 제어신호를 온 시킬 수 있다(S604).The control unit 25 can determine whether the position of the piston has reached the bottom dead center (S602). If the control unit 25 determines that the position of the piston reaches the bottom dead center, the control unit 25 can turn on the PWM control signal (S604).

한편, 피스톤의 위치가 하사점이 아닌 경우, 제어부(25)는 피스톤의 위치가 상사점에 도달했는지 여부를 판단할 수 있다(S603). 제어부(25)는 피스톤의 위치가 상사점에 도달한 것으로 판단되면, PWM 제어신호를 오프 시킬 수 있다(S605).On the other hand, if the position of the piston is not the bottom dead center, the control unit 25 can determine whether the piston has reached the top dead center (S603). If the control unit 25 determines that the position of the piston has reached the top dead center, the control unit 25 can turn off the PWM control signal (S605).

이하의 도 7a 및 도 7b에서는 본 발명에 따른 리니어 압축기의 제어 방법과 관련된 또 다른 실시예가 설명된다.7A and 7B, another embodiment related to the control method of the linear compressor according to the present invention will be described.

도 7a에 도시된 것과 같이, 제어부(25)는 상기 피스톤이 하사점일 때 초기화되어, 상기 피스톤의 한 주기마다 시간의 경과를 측정하는 타이머(미도시)를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 7A, the control unit 25 may include a timer (not shown) that is initialized when the piston is bottom dead center, and measures the passage of time in each cycle of the piston.

제어부(25)는 상기 타이머가 초기화되는 때, 상기 모터의 구동을 개시할 수 있으며, 상기 타이머에서 측정된 값이 기 설정된 제1 시간 간격을 초과하면, 상기 모터의 구동을 정지시킬 수 있다.The control unit 25 can start driving the motor when the timer is initialized and can stop driving the motor when the measured value of the timer exceeds a predetermined first time interval.

이때, 제어부(26)는 피스톤의 주기와 관련된 정보에 근거하여, 상기 기 설정된 제1 시간 간격을 설정할 수 있다.At this time, the control unit 26 may set the predetermined first time interval based on information related to the period of the piston.

도 7a를 참조하면, 제어부(25)는 타이머가 0으로 초기화되는 때, 모터를 구동시킬 수 있다. 또한, 제어부(25)는 타이머의 값이 목적 값(Target Count)을 초과하거나, 상기 목적 값에 도달하면, 모터의 구동을 정지시킬 수 있다.Referring to FIG. 7A, the controller 25 can drive the motor when the timer is initialized to zero. In addition, the control unit 25 can stop driving the motor when the value of the timer exceeds the target value (Target Count) or reaches the target value.

일 예에서, 상기 목적 값은 피스톤이 하사점에서 상사점까지 이동하는데 소요되는 시간 값에 대응될 수 있다. 또 다른 예에서, 상기 목적 값은 피스톤이 하사점에서 상사점까지 이동하는데 소요되는 시간 값보다 짧게 설정될 수도 있다.In one example, the target value may correspond to a time value required for the piston to travel from the bottom dead center to the top dead center. In another example, the target value may be set to be shorter than a time value required for the piston to move from the bottom dead center to the top dead center.

참고로, 제어부(25)는 모터를 구동시킬 경우에 발생하는 위상 지연을 고려하여, 상기 타이머의 값이 목적 값에 도달하기 전에 모터의 구동을 정지시킬 수도 있다.For reference, the control unit 25 may stop driving the motor before the value of the timer reaches the target value, taking into consideration the phase delay occurring when the motor is driven.

도 7b에서는 이와 같은 실시예의 프로세스가 도시된다.The process of this embodiment is shown in Figure 7b.

제어부(25)는 피스톤이 하사점에 위치할 때, 타이머를 0으로 초기화시킬 수 있다(S701). 이후로부터, 타이머는 시간의 경과를 측정하게 된다.When the piston is positioned at the bottom dead center, the control unit 25 can initialize the timer to zero (S701). Thereafter, the timer measures the elapsed time.

제어부(25)는 타이머의 측정 값이 목적 값(Target Count) 이하인지 여부를 판단할 수 있다(S702).The control unit 25 can determine whether the measured value of the timer is equal to or less than the target value (S702).

타이머의 측정 값이 목적 값 이하라면, 제어부(25)는 PWM 제어신호를 온 시킬 수 있다(S703). 반대로, 타이머의 측정 값이 목적 값을 초과하면, 제어부(25)는 PWM 제어신호를 오프 시킬 수 있다(S704).If the measured value of the timer is equal to or lower than the target value, the control unit 25 can turn on the PWM control signal (S703). Conversely, if the measured value of the timer exceeds the target value, the control unit 25 can turn off the PWM control signal (S704).

아울러, 제어부(25)는 타이머의 측정 값이 기 설정된 최대 값에 도달하였는지 여부를 판단할 수 있다(S705). 타이머의 측정 값이 상기 최대 값에 도달하면, 제어부(25)는 다시 타이머를 0으로 초기화시킨다.In addition, the controller 25 may determine whether the measured value of the timer has reached a predetermined maximum value (S705). When the measured value of the timer reaches the maximum value, the control unit 25 again initializes the timer to zero.

이하의 도 8a 및 도 8b에서는 본 발명에 따른 리니어 압축기의 제어 방법과 관련된 또 다른 실시예가 설명된다.8A and 8B, another embodiment related to the control method of the linear compressor according to the present invention will be described.

도 8a를 참조하면, 제어부(25)는 복수의 상으로 형성되는 PWM 제어신호 중 어느 하나의 상의 PWM 제어신호의 출력을 제한할 수 있다.Referring to FIG. 8A, the controller 25 may limit the output of the PWM control signal on any one of the plurality of PWM control signals.

구체적으로, 인버터부는 모터에 전력을 전달하기 위한 2쌍의 스위치를 포함하고, 상기 2쌍의 스위치에 각각 대응되는 제1 상 및 제2 상의 PWM(Pulse Width Modulation) 제어신호를 인가받을 수 있다. 특히, 제어부(25)는 상기 인버터부에, 상기 제1 상 및 제2 상의 PWM 제어신호를 교차로 인가할 수 있다.Specifically, the inverter unit includes two pairs of switches for transmitting electric power to the motor, and can receive PWM (Pulse Width Modulation) control signals of the first and second phases respectively corresponding to the two pairs of switches. In particular, the control unit 25 may apply the PWM control signals of the first phase and the second phase to the inverter unit at an intersection.

이때, 제어부(25)는 상기 피스톤이 상사점에 도달하면, 상기 제2 상의 PWM 제어신호를 오프시킬 수 있다.At this time, the control unit 25 can turn off the PWM control signal of the second phase when the piston reaches the top dead center.

예를 들어, 제어부(25)는 상기 인버터부가 제2 상의 PWM 제어신호를 인가받기 시작한 시점으로부터, 기 설정된 제2 시간 간격이 경과하면, 상기 제2 상의 PWM 제어신호를 오프시킬 수 있다.For example, the control unit 25 can turn off the PWM control signal of the second phase when a predetermined second time interval elapses from when the inverter unit starts receiving the PWM control signal of the second phase.

한편, 제어부(25)는 상기 피스톤의 스트로크의 위상과, 상기 제1 상 및 제2 상의 PWM 제어신호가 인가되는 시점을 비교하고, 비교결과에 근거하여, 상기 기 설정된 제2 시간 간격을 설정할 수 있다.On the other hand, the control unit 25 compares the phase of the stroke of the piston with the timing of applying the PWM control signals of the first and second phases, and sets the predetermined second time interval based on the comparison result have.

즉, 도 8a에 도시된 것과 같이, 제어부(25)는 U 상의 PWM 제어신호가 인가되는 시점과, 스트로크의 위상을 비교함으로써, U 상의 PWM 제어신호가 인가되는 시점으로부터 피스톤이 상사점에 도달하는 시점까지의 시간 간격을 검출할 수 있다. 제어부(25)는 이와 같이 검출한 시간 간격을 상기 제2 시간 간격으로 설정할 수 있다.8A, the control unit 25 compares the phase of the U-phase PWM control signal with the phase of the stroke so that the piston reaches the top dead center from the moment when the U phase PWM control signal is applied It is possible to detect the time interval to the time point. The controller 25 may set the detected time interval to the second time interval.

도 8a를 참조하면, U 상의 PWM 제어신호의 주기와, V 상의 PWM 제어신호의 주기는 각각 스트로크의 반 주기에 대응될 수 있다.Referring to FIG. 8A, the period of the PWM control signal on the U phase and the period of the PWM control signal on the V phase may correspond to the half cycle of the stroke, respectively.

도 8b에서는 이와 같은 실시예의 프로세스가 도시된다.The process of this embodiment is shown in Figure 8b.

이하의 도 9a 및 도 9b에서는 본 발명에 따른 리니어 압축기의 제어 방법과 관련된 또 다른 실시예가 설명된다.9A and 9B, another embodiment related to the control method of the linear compressor according to the present invention will be described.

도 9a를 참조하면, 제어부(25)는 상기 피스톤이 하사점에서 상사점으로 이동하는 경우, 상기 PWM 제어신호의 듀티비를 점차적으로 감소시킬 수도 있다.Referring to FIG. 9A, the control unit 25 may gradually decrease the duty ratio of the PWM control signal when the piston moves from the bottom dead center to the top dead center.

예를 들어, 제어부(25)는 상기 피스톤이 상사점에 도달하는 때, 상기 PWM 제어신호가 오프되도록 듀티비를 점차적으로 감소시킬 수 있다.For example, the control unit 25 may gradually decrease the duty ratio so that the PWM control signal is turned off when the piston reaches the top dead center.

도 9b에서는 이와 같은 실시예의 프로세스가 도시된다.The process of this embodiment is shown in Figure 9b.

먼저, 제어부(25)는 피스톤의 이동 방향을 검출할 수 있다(S901). 아울러, 제어부(25)는 피스톤이 하사점에서 상사점으로 이동하는지 여부를 판단할 수 있다(S902).First, the control unit 25 can detect the moving direction of the piston (S901). In addition, the controller 25 can determine whether the piston moves from the bottom dead center to the top dead center (S902).

피스톤이 하사점에서 상사점으로 이동하는 경우, 제어부(25)는 PWM 제어신호를 온 시킬 수 있으며(S903), PWM 제어신호가 온 된 이후로 상기 PWM 제어신호의 듀티비를 점차적으로 감소시킬 수 있다(S905).When the piston moves from the bottom dead center to the top dead center, the control unit 25 can turn on the PWM control signal (S903) and gradually decrease the duty ratio of the PWM control signal after the PWM control signal is turned on (S905).

반대로, 피스톤이 상사점에서 하사점으로 이동하는 경우, 제어부(25)는 PWM 제어신호를 오프 시킬 수 있다(S904).Conversely, when the piston moves from the top dead center to the bottom dead center, the control unit 25 can turn off the PWM control signal (S904).

도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 리니어 압축기의 인버터가 도시된다.Referring to Fig. 10, there is shown an inverter of a linear compressor according to the present invention.

위에서 설명한 것과 같이, U 상의 PWM 제어신호와 V 상의 PWM 제어신호를 인가받는 인버터부는 일반적으로 2쌍의 스위치를 필요로 한다.As described above, the inverter section which receives the U-phase PWM control signal and the V-phase PWM control signal generally requires two pairs of switches.

한편, 본 발명에 따른 리니어 압축기의 저부하 제어운전에 의하면, 전류가 한 방향으로만 흐를 수 있다. 즉, 도 9a를 참조하면, 제어부(25)가 피스톤이 하사점에서 상사점으로 이동하는 동안에만 모터에 전력을 공급하도록 인버터를 제어하는 경우, 전류가 한 방향으로만 흐르게 된다. On the other hand, according to the low load control operation of the linear compressor according to the present invention, the current can flow in only one direction. That is, referring to FIG. 9A, when the controller 25 controls the inverter to supply power to the motor only while the piston is moving from the bottom dead center to the top dead center, the current flows only in one direction.

따라서, 저부하 제어운전을 수행하는 리니어 압축기의 경우, 2 쌍의 스위치 중 2개의 스위치를 제거할 수 있다.Therefore, in the case of the linear compressor performing the low load control operation, two switches out of the two pairs of switches can be removed.

본원발명에 따른 리니어 압축기 및 그의 제어방법은, 피스톤의 왕복 운동 과정에서 수행되는 스위칭의 개수를 감소시킴으로써, 압축기의 최대 냉력을 확대시키거나, 압축기의 구동 효율을 향상시킬 수 있다.The linear compressor and the control method thereof according to the present invention can increase the maximum cooling power of the compressor or improve the driving efficiency of the compressor by reducing the number of switching operations performed during the reciprocating motion of the piston.

또한, 본원발명에 따른 리니어 압축기 및 그의 제어 방법은, 저냉력의 대역에서 압축기의 구동 효율을 향상시킬 수 있으며, 이와 같은 압축기를 구비한 전자제품의 소비전력을 감소시킬 수 있다.Further, the linear compressor and the control method thereof according to the present invention can improve the driving efficiency of the compressor in the low-cooling power band, and reduce the power consumption of the electronic product having such a compressor.

또한, 본원발명에 따른 리니어 압축기 및 그의 제어 방법은, 모터를 구동시키는 시점을 한정함으로서, 리니어 압축기의 제어 안정성이 향상되는 효과가 도출된다.Further, the linear compressor according to the present invention and the control method thereof have the effect of improving the control stability of the linear compressor by limiting the time when the motor is driven.

Claims (14)

실린더의 내부에서 왕복 운동하는 피스톤;
상기 피스톤의 운동을 위하여, 구동력을 제공하는 모터; 및
상기 피스톤이 상사점일 때 상기 모터의 구동을 정지시키도록 상기 모터를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
A piston reciprocating inside the cylinder;
A motor for providing a driving force for the movement of the piston; And
And a controller for controlling the motor to stop driving the motor when the piston is at the top dead center.
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 피스톤이 하사점일 때 상기 모터의 구동이 개시되도록 상기 모터를 제어하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
The method according to claim 1,
Wherein,
And controls the motor to start driving the motor when the piston is at the bottom dead center.
제2항에 있어서,
상기 모터에 전력을 전달하기 위한 복수의 스위치를 포함하는 인버터부;를 더 포함하고,
상기 제어부는,
상기 피스톤이 상사점일 때 상기 스위치의 동작을 제어하기 위한 PWM(Pulse Width Modulation) 제어신호를 온 시키고,
상기 피스톤이 상사점일 때 상기 PWM 제어신호를 오프시키는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
3. The method of claim 2,
And an inverter unit including a plurality of switches for transmitting electric power to the motor,
Wherein,
A PWM (Pulse Width Modulation) control signal for controlling the operation of the switch is turned on when the piston is at the top dead center,
And turns off the PWM control signal when the piston is at the top dead center.
제3항에 있어서,
상기 모터와 관련된 모터전압 및 모터전류를 감지하는 감지부를 더 포함하고,
상기 제어부는,
상기 모터전압 및 모터전류를 이용하여 상기 피스톤의 스트로크를 추정하고,
상기 추정된 스트로크에 근거하여, 상기 피스톤의 현재위치가 상사점 또는 하사점인지 여부를 검출하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
The method of claim 3,
Further comprising a sensing unit for sensing a motor voltage and a motor current associated with the motor,
Wherein,
Estimating a stroke of the piston using the motor voltage and the motor current,
Based on the estimated stroke, whether the current position of the piston is a top dead center or a bottom dead center.
제3항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 피스톤이 하사점에서 상사점으로 이동하는 중에 상기 모터에 전력이 공급되도록 상기 인버터부에 상기 PWM 제어신호를 공급하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
The method of claim 3,
Wherein,
And supplies the PWM control signal to the inverter unit so that power is supplied to the motor while the piston moves from the bottom dead center to the top dead center.
제3항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 피스톤이 하사점에서 상사점으로 이동하는 경우, 상기 PWM 제어신호의 듀티 폭을 점차적으로 감소시키는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
The method of claim 3,
Wherein,
Wherein the duty ratio of the PWM control signal is gradually reduced when the piston moves from the bottom dead center to the top dead center.
제6항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 피스톤이 상사점에 도달하는 때, 상기 PWM 제어신호가 오프되도록 상기 듀티 폭을 감소시키는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
The method according to claim 6,
Wherein,
And decreases the duty width so that the PWM control signal is turned off when the piston reaches the top dead center.
제2항에 있어서,
상기 피스톤이 하사점일 때 초기화되어, 상기 피스톤의 한 주기마다 시간의 경과를 측정하는 타이머를 더 포함하고,
상기 제어부는,
상기 타이머가 초기화되는 때, 상기 모터의 구동을 개시하고,
상기 타이머에서 측정된 값이 기 설정된 제1 시간 간격을 초과하면, 상기 모터의 구동을 정지시키는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
3. The method of claim 2,
Further comprising a timer that is initialized when the piston is bottom dead center and measures the passage of time for each period of the piston,
Wherein,
Wherein when the timer is initialized, driving of the motor is started,
And stops driving the motor when the measured value of the timer exceeds a predetermined first time interval.
제8항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 피스톤의 주기와 관련된 정보에 근거하여, 상기 기 설정된 제1 시간 간격을 설정하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
9. The method of claim 8,
Wherein,
And sets the predetermined first time interval based on information related to the period of the piston.
제1항에 있어서,
상기 모터에 전력을 전달하기 위한 2쌍의 스위치를 포함하고, 상기 2쌍의 스위치에 각각 대응되는 제1 상 및 제2 상의 PWM(Pulse Width Modulation) 제어신호를 인가받는 인버터부;
상기 제어부는,
상기 피스톤이 상사점에 도달하면, 상기 제2 상의 PWM 제어신호를 오프시키는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
The method according to claim 1,
An inverter unit including two pairs of switches for transmitting electric power to the motor, and receiving first and second PWM (Pulse Width Modulation) control signals corresponding to the two pairs of switches, respectively;
Wherein,
And turns off the PWM control signal of the second phase when the piston reaches the top dead center.
제10항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 인버터부가 제2 상의 PWM 제어신호를 인가받기 시작한 시점으로부터, 기 설정된 제2 시간 간격이 경과하면, 상기 제2 상의 PWM 제어신호를 오프시키는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
11. The method of claim 10,
Wherein,
And turns off the PWM control signal of the second phase when a predetermined second time interval elapses after the inverter section starts receiving the PWM control signal of the second phase.
제11항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 피스톤의 스트로크의 위상과, 상기 제1 상 및 제2 상의 PWM 제어신호가 인가되는 시점을 비교하고,
비교결과에 근거하여, 상기 기 설정된 제2 시간 간격을 설정하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
12. The method of claim 11,
Wherein,
Compares the phase of the stroke of the piston with the point of time when the PWM control signal of the first phase and the second phase is applied,
And sets the predetermined second time interval based on the comparison result.
제12항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 인버터부에, 상기 제1 상 및 제2 상의 PWM 제어신호를 교차로 인가하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
13. The method of claim 12,
Wherein,
And applies the PWM control signals of the first phase and the second phase to the inverter section in an intersecting manner.
제13항에 있어서,
상기 제1 상 및 제2 상의 PWM 제어신호의 주기는 각각 상기 스트로크의 반 주기에 대응되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
14. The method of claim 13,
Wherein the periods of the PWM control signals of the first phase and the second phase correspond to half cycles of the stroke, respectively.
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